CN112460736A - 一种空调机组的变频器热管理系统及空调机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空调机组的变频器热管理系统，包括两端分别与空调机组制冷系统中的冷凝器与主蒸发器相连的变频器冷却回路，变频器冷却回路包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路和用于冷却变频器内部空气的冷媒蒸发回路，冷却回路和冷媒蒸发回路相互串联。本发明还公开了一种空调机组，包括制冷系统和变频器，制冷系统包括压缩机、冷凝器、主蒸发器，所述压缩机的入口端与所述主蒸发器相连，出口端与所述冷凝器相连，所述变频器上设有如上所述的空调机组的变频器热管理系统，所述变频器热管理系统中的变频器冷却回路的两端分别与所述冷凝器和主蒸发器相连。本发明的热管理系统及空调机组均具有结构简单、防凝露、成本低、可靠性高等优点。

Description

一种空调机组的变频器热管理系统及空调机组
技术领域
本发明主要涉及电力电子热管理技术领域，特指一种空调机组的变频器热管理系统及空调机组。
背景技术
制冷及热泵机组变频化具有更强的工况调节能力，是提高机组能调的有效措施。中央空调变频化已成为行业趋势。机组变频器采用冷媒冷却具有高效、简洁、清洁、经济性强、维护方便等优势。但是变频器的热管理也更加复杂，需要性能更好的热管理系统。
制冷及热泵机组变频器内部的热管理负荷通常分为两部分，一部分是功率器件的热量，另一部分是其他部件的热量。功率器件热量比重较大，通常通过冷板直接传递给冷媒带走，其他部件则由空气带走，而空气可以采用风冷蒸发器(风冷模组)带走。现有技术中常采用冷板和风冷蒸发器并联的方式进行配置，其中冷板常采用具有无极调节能力的膨胀阀控制，而风冷蒸发器常采用具有间断调节能力的电磁阀进行控制，冷板常采用具有无极调节能力的膨胀阀控制，而风冷蒸发器常采用具有间断调节能力的电磁阀进行控制，即两者独立进行控制，不仅仅所需配置的控制阀及管路复杂，而且对应的控制也较复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低的空调机组的变频器热管理系统及空调机组。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种空调机组的变频器热管理系统，包括两端分别与空调机组制冷系统中的冷凝器与主蒸发器相连的变频器冷却回路，所述变频器冷却回路包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路和用于冷却变频器内部空气的冷媒蒸发回路，所述冷却回路和冷媒蒸发回路相互串联。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述变频器冷却回路设置有用于调节冷媒流量的开关单元。
所述冷却回路的入口端通过第一管路与所述冷凝器相连，所述冷却回路的出口端通过第二管路与所述冷媒蒸发单元的入口端相连，所述冷媒蒸发回路的出口端与所述主蒸发器的入口端相连。
所述开关单元包括位于所述第二管路上的第一开关模块。
所述第一开关模块为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板。
所述开关单元还包括位于所述第一管路上的第二开关模块。
所述冷却回路包括多个冷却器，多个冷却器相互串联或/和并联。
当多个所述冷却器相互并联时，各所述冷却器所在支路形成冷却支路；所述开关单元包括多个第一开关模块，各第一开关模块均与冷却器一一对应且位于所述冷却器出口端的冷却支路上。
所述开关单元还包括多个第二开关模块，各第二开关模块均与冷却器一一对应且位于所述冷却器入口端的冷却支路上。
本发明还公开了一种空调机组，包括制冷系统和变频器，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、主蒸发器，所述压缩机的入口端与所述主蒸发器相连，出口端与所述冷凝器相连，所述变频器上设有如上所述的空调机组的变频器热管理系统，所述变频器热管理系统中的变频器冷却回路的两端分别与所述冷凝器和主蒸发器相连。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的空调机组的变频器热管理系统及空调机组，冷却回路和冷媒蒸发回路相互串联，相对于目前常规并联的方式，不需要配置分流阀等开关部件，冷却回路和冷媒蒸发回路也不需要独自配置开关元件(如节流阀或电磁阀等)，而且对应的管路也更简单，从而使得整体系统结构简单、成本低。
本发明的空调机组的变频器热管理系统及空调机组，在第二管路上配置有第一开关模块，具有如下技术效果：
(1)风冷蒸发器的控制由之前常规的电磁阀的间歇控制改为节流阀的连续，从而提高温度调节的精度；
(2)风冷蒸发器由于通过节流阀进行流量控制，故不需要配置常规的毛细管，降低了工艺复杂程序，也进一步降低了成本；
(3)第一开关模块位于冷却器的下游，相对于之前配置在冷却器上游的方式，能够使得冷却器的温度处于更高的范围，大大减少、甚至完全消除变频器内部凝露的可能性；同时通过第一开关模块的冷媒流量控制，从而使得变频器各部件运行在合理温度范围内；
(4)整个变频器冷却回路仅使用一个节流阀，在保证正常温度调节功能的基础上，减少了成本，同时也提高了系统的可靠性。
本发明的空调机组的变频器热管理系统及空调机组，通过第二开关模块与第一开关模块之间的相互配合控制，可以实现空调机组全温区下的任意温度控制，使得变频器在特殊机组及工况下不超温、不凝露，提高可靠性和工况适用性，特别适用于大功率等级及冷凝器温度较高的机组。
附图说明
图1为本发明在实施例一中的方框结构图。
图2为本发明在实施例二中的方框结构图。
图中标号表示：1、压缩机；2、冷凝器；3、主蒸发器；4、变频器冷却回路；41、冷却回路；411、冷却器；42、冷媒蒸发回路；421、风冷蒸发器；422、风机；43、开关单元；431、第一开关模块；432、第二开关模块；5、节流元件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：
如图1所示，本实施例的空调机组的变频器热管理系统，包括两端分别与空调机组制冷系统中的冷凝器2与主蒸发器3相连的变频器冷却回路4，变频器冷却回路4包括用于冷却变频器功率模块(包括整流器、逆变器、电抗器等)的冷却回路41和用于冷却变频器内部空气的冷媒蒸发回路42；冷却回路41的入口端通过第一管路与冷凝器2相连，冷却器411的出口端通过第二管路与冷媒蒸发回路42的入口端相连，冷媒蒸发回路42的出口端与主蒸发器3的入口端相连。具体地，冷却回路41包括冷却器411，各功率模块安装于冷却器411上形成热传递，通过流过冷却器411的低温冷媒将各功率模块工作时产生的热量带走，达到降温的目的；在此基础上，变频器内部的其它部件产生的热量则由空气吸收，再由变频器上的散热风机排出，而内部的空气则通过冷媒蒸发回路42进行冷却，其中冷媒蒸发回路42包括风冷蒸发器421和风机422，通过将风机422将空气吹至风冷蒸发器421内与低温冷媒进行热交换，形成低温空气对各部件进行冷却降温。在本实施例中，冷却回路41和冷媒蒸发回路42相互串联，相对于目前常规并联的方式，不需要配置分流阀等开关部件，冷却回路41和冷媒蒸发回路42也不需要独自配置开关元件(如节流阀或电磁阀等)，而且对应的管路也更简单，从而使得整体系统结构简单、成本低。
本实施例中，如果冷凝器2输出的冷媒的压力和温度够低，可以直接流至冷却器411和风冷蒸发器421内，而不需要配置节流阀等部件，从而使得成本进一步降低；而且由于不设置节流阀等部件，冷媒受到的阻力减小，变频器冷却回路4的冷媒流动速度更快，周期短，冷却效率更高。
本实施例中，变频器冷却回路4设置有用于调节冷媒流量的开关单元43，从而便于对冷却器411和风冷蒸发器421的冷量输出进行控制，使变频器内各部件处于合适的温度范围内。具体地，开关单元43包括位于第二管路上的第一开关模块431，其中第一开关模块431采用节流阀，如电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板中的一种或多种的组合。通过此第一开关模块431的配置，具有如下技术效果：
1、风冷蒸发器421的控制由之前常规的电磁阀的间歇控制改为节流阀的连续，从而提高温度调节的精度；
2、风冷蒸发器421由于通过节流阀进行流量控制，故不需要配置常规的毛细管，降低了工艺复杂程序，也进一步降低了成本；
3、第一开关模块431位于冷却器411的下游，相对于之前配置在冷却器411上游的方式，能够使得冷却器411的温度处于更高的范围，大大减少、甚至完全消除变频器内部凝露的可能性；同时通过第一开关模块431的冷媒流量控制，从而使得变频器各部件运行在合理温度范围内；
4、整个变频器冷却回路4仅使用一个节流阀，在保证正常温度调节功能的基础上，减少了成本，同时也提高了系统的可靠性。
本实施例中，冷却器411的数量可以为一个或多个，当数量为多个时，多个冷却器411相互串联或/和并联。当多个冷却器411相互并联时，各冷却器411所在支路形成冷却支路；第一开关模块431位于各冷却支路下游汇流后的总管路上。当然，在其它实施例中，开关单元43可以设置成包括多个第一开关模块431的形式，各第一开关模块431均与冷却器411一一对应且位于冷却器411出口端的冷却支路上，通过各第一开关模块431的控制，实现各冷却器411的独立温度控制，从而提高冷板均温性，提高各功率部件工作可靠性，当然，也可以针对各个冷却支路进行差异性化调节，适用于各个冷却支路损耗有一定差异的情况(如功率器件散热量不同)。
本实施例中，冷却器411为内部设有冷媒介质通道的金属冷板，各功率模块直接与冷板相接触，当然，也可以现场情况选择合适的冷却器类型。在进行安装时，可以在第一管路进出变频器的位置加装角阀或电磁阀以便于连接；变频器冷却回路4出变频器的位置，可以加装截止阀以便于连接。
本发明还公开了一种空调机组，包括制冷系统和变频器，制冷系统包括压缩机1、冷凝器2、主蒸发器3和节流元件5，压缩机1的入口端与主蒸发器3相连，出口端与冷凝器2相连，节流元件5位于冷凝器2与主蒸发器3之间；变频器上设有如上所述的空调机组的变频器热管理系统，变频器热管理系统中的变频器冷却回路4的两端分别与冷凝器2和主蒸发器3相连。本发明的空调机组采用热泵机组。本发明的空调机组由于包括如上所述的热管理系统，同样具有如上热管理系统所述的优点。
工作时，压缩机1中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却回路4进行热交换，冷却变频器；与变频器完成热交换的冷媒进入主蒸发器3，并在主蒸发器3中与外部环境进行进一步热交换，完成对外界的制冷功能，得到低压气相冷媒，再进入压缩机1以压缩得到高压气相冷媒，完成一次循环。在空调机组制冷系统存在的前提下，将变频器与空调机组的制冷系统相连通，结构简单、对机组整体结构的影响小；冷媒在变频器冷却回路4的管道中不会产生结垢和腐蚀现象；由于冷却方法采用冷凝器2内的冷媒冷却变频器，冷媒的温度可控，受外界环境影响较小，冷却效果稳定可靠；在一个制冷系统中同时完成对变频器的冷却和空调本身的制冷功能，在变频器的正常稳定工作前提下，有效地保证了空调机组的正常运行。另外，由于本发明的空调机组包括上述空调机组的变频器热管理系统，同样具有空调机组的变频器热管理系统上述的优点。
本实施例中，制冷系统还包括闪发器、第一切换开关和第二切换开关(图中未示出)，节流单元还包括第二节流元件和第三节流元件，冷凝器2通过闪发器与主蒸发器3相连，第一节流元件位于冷凝器2与闪发器之间，第二节流元件位于压缩机1与闪发器之间，第三节流元件位于闪发器与主蒸发器3之间，变频器冷却回路4的出口端经第一切换开关与闪发器相连，并经第二切换开关与主蒸发器3相连；第一切换开关与第二切换开关互锁，保证工作时仅有一个切换开关开通。上述第一切换开关和第二切换开关对应有以下两种工作模式：
第一种工作模式：第二切换开关开启而第一切换开关关闭；压缩机1中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却回路4进行热交换，冷却变频器；与变频器完成热交换的冷媒进入主蒸发器3，并在主蒸发器3中与外部环境进行进一步热交换，完成对外界的制冷功能，得到低压气相冷媒，再进入压缩机1以压缩得到高压气相冷媒，完成一次循环。
第二种工作模式：第一切换开关开启而第二切换开关关闭；压缩机1中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却回路4进行热交换，冷却变频器；变频器中完成热交换的冷媒和直接从冷凝器2经第一节流元件流出的冷媒混合形成气液两相冷媒，闪发后得到低压气相冷媒进入压缩机1，对压缩机1的叶轮补气，闪发后得到低压液相冷媒进入主蒸发器3完成原制冷系统的冷却功能，对空调器的原制冷系统不产生影响，而且，利用制冷剂冷却变频器的冷却效果稳定，保证了本发明的冷却系统和空调器的正常运行，实现了变频器内部结构冷却和对外界环境冷却同时进行的效果。
对于上述第一切换开关和第二切换开关的切换控制，采取如下控制策略：在工作压差足够时(如达到一定的预设值时)，开启第一切换开关，关闭第二切换开关(第一种工作模式)；在工作压差不够时(如低于预设值时)，开启第二切换开关，关闭第一切换开关(第二种工作模式)。具体应用时，在变频器启动过程中，由于功率需求大，相应的散热量也大，因此可以采用第一种工作模式，保障启动过程中变频器内部结构的冷却效果，拓展变频器工作温区，使得对极限工况有更强的适应性。
实施例二：
如图2所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：开关单元43还包括位于第一管路上的第二开关模块432(如电磁阀或节流阀等，节流阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板)，通过第二开关模块432与第一开关模块431之间的相互配合控制，可以实现空调机组全温区下的任意温度控制，使得变频器在特殊机组及工况下不超温、不凝露，提高可靠性和工况适用性，特别适用于大功率等级及冷凝器2温度较高的机组。其它未述内容与实施例一相同，在此不再赘述。
当然，在其它实施例中，开关单元43可以设置成包括多个第二开关模块432的形式，各第二开关模块432均与冷却器411一一对应且位于冷却器411入口端的冷却支路上，通过对应第一开关模块431和第二开关模块432的控制，实现各冷却器411的独立温度控制，从而提高冷板均温性，提高各功率部件工作可靠性，当然，也可以针对各个冷却支路进行差异性化调节，适用于各个冷却支路损耗有一定差异的情况(如功率器件散热量不同)。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，包括两端分别与空调机组制冷系统中的冷凝器(2)与主蒸发器(3)相连的变频器冷却回路(4)，所述变频器冷却回路(4)包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路(41)和用于冷却变频器内部空气的冷媒蒸发回路(42)，所述冷却回路(41)和冷媒蒸发回路(42)相互串联。
2.根据权利要求1所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述变频器冷却回路(4)设置有用于调节冷媒流量的开关单元(43)。
3.根据权利要求2所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述冷却回路(41)的入口端通过第一管路与所述冷凝器(2)相连，所述冷却回路(41)的出口端通过第二管路与所述冷媒蒸发单元(3)的入口端相连，所述冷媒蒸发回路(42)的出口端与所述主蒸发器(3)的入口端相连。
4.根据权利要求3所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述开关单元(43)包括位于所述第二管路上的第一开关模块(431)。
5.根据权利要求4所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述第一开关模块(431)为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板。
6.根据权利要求3或4或5所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述开关单元(43)还包括位于所述第一管路上的第二开关模块(432)。
7.根据权利要求2所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述冷却回路(41)包括多个冷却器(411)，多个冷却器(411)相互串联或/和并联。
8.根据权利要求7所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，当多个所述冷却器(411)相互并联时，各所述冷却器(411)所在支路形成冷却支路；所述开关单元(43)包括多个第一开关模块(431)，各第一开关模块(431)均与冷却器(411)一一对应且位于所述冷却器(411)出口端的冷却支路上。
9.根据权利要求8所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述开关单元(43)还包括多个第二开关模块(432)，各第二开关模块(432)均与冷却器(411)一一对应且位于所述冷却器(411)入口端的冷却支路上。
10.一种空调机组，包括制冷系统和变频器，所述制冷系统包括压缩机(1)、冷凝器(2)、主蒸发器(3)，所述压缩机(1)的入口端与所述主蒸发器(3)相连，出口端与所述冷凝器(2)相连，其特征在于，所述变频器上设有如权利要求1至9中任意一项所述的空调机组的变频器热管理系统，所述变频器热管理系统中的变频器冷却回路(4)的两端分别与所述冷凝器(2)和主蒸发器(3)相连。
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